電機學-三相感應電動機的機械特性ppt課件

1、三相感應電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性三相感應電動機的電磁轉(zhuǎn)矩和機械特性一、機械特性的三種表達式一、機械特性的三種表達式1、物理表達式、物理表達式2、參數(shù)表達式、參數(shù)表達式3、實用表達式、實用表達式電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關系曲線，是電動機的機械特性電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之間的關系曲線，是電動機的機械特性。 )(),(sfTnfTememrMMNememICICIfkNpfmpfIEmPT2122122111111122211coscos244.4/2cos反映了感應電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電反映了感應電動機的電磁轉(zhuǎn)矩與氣隙每極磁通和轉(zhuǎn)子電流有功分量的乘積成正比的物理本質(zhì)。流有功分量的乘積成正比的

2、物理本質(zhì)。電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式電磁轉(zhuǎn)矩的物理表達式2221cosIEmPem22122112)(xxsrrUI根據(jù)簡化電路得到的轉(zhuǎn)子電流機械特性的參數(shù)表達式 602122211nsrImPPTemem221221221111xxsrrsrUmTem電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式：電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式：幾個關鍵點：幾個關鍵點： 起動點起動點 最大轉(zhuǎn)矩點最大轉(zhuǎn)矩點 額定工作點額定工作點 電動，電動， Tem與與 n同向同向發(fā)電，發(fā)電，nn1制動制動Tem與與 n反向反向電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式電磁轉(zhuǎn)矩的參數(shù)表達式2）TemS,nSmTmaxTstS=0n=n1S=1n=0異步電動機的異步電動機的T-s曲線上有一

3、個最高點；曲線上有一個最高點； 最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學中求極值的方法求得。最大轉(zhuǎn)矩可以根據(jù)高等數(shù)學中求極值的方法求得。 221212)(0 xxrrsdsdTmem令：2212112111max21xxrrUmT代入轉(zhuǎn)矩公式，得代入轉(zhuǎn)矩公式，得過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：過載能力：最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比：NmTTmax過載倍數(shù)過載倍數(shù)最大轉(zhuǎn)矩，過載能力最大轉(zhuǎn)矩，過載能力電動機狀態(tài)為電動機狀態(tài)為+)2 . 26 . 1 (6 . 1一般m最大轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；最大轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比； 與轉(zhuǎn)子電阻無關與轉(zhuǎn)子電阻無關.最大轉(zhuǎn)矩的位置與電壓無關最大轉(zhuǎn)矩的位置與電壓無關.可以可以 由轉(zhuǎn)

4、子電阻的大小來調(diào)整；由轉(zhuǎn)子電阻的大小來調(diào)整；最大轉(zhuǎn)矩近似與漏電抗成反比；最大轉(zhuǎn)矩近似與漏電抗成反比；關于最大轉(zhuǎn)矩的幾個重要結(jié)論關于最大轉(zhuǎn)矩的幾個重要結(jié)論2212112111max21xxrrUmTTemS, nSmTmax Tst221212)(xxrrsm異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比；異步電動機的起動轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成正比； 總漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小；總漏抗越大，起動轉(zhuǎn)矩越小； 繞線式異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路串入適當?shù)睦@線式異步電動機可以在轉(zhuǎn)子回路串入適當?shù)碾娮杩梢栽龃笃饎愚D(zhuǎn)矩；電阻可以增大起動轉(zhuǎn)矩； 起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩22122122111)()(1xxrrrUmTst 當當 時，

5、時， sm=1,起動轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩最大。最大。電源頻率提高，起動轉(zhuǎn)矩下降。電源頻率提高，起動轉(zhuǎn)矩下降。起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)起動轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求：要求：221212)(xxrrNstststTTTk/倍7, 21stIstststTIkTk電磁轉(zhuǎn)矩的實用計算公式電磁轉(zhuǎn)矩的實用計算公式srrsrxxrfsrpUmTem2122221211221122msrxxr222121msrrfpUmT211211max4srrsrsrfsrpUmTmem21222212211222212112111max21xxrrUmTmmmsrrsrfTsrrfTpUm2211max211max21114*4*電磁轉(zhuǎn)矩的實用計算公式

6、電磁轉(zhuǎn)矩的實用計算公式srrsrsrfssrrrsTfsrrsrsrfsrpUmTmmmmem21222212221max12122221221122)1(*4222121max222rsrssssrsrTTmmmmem212rsrmms分子和分母中分子和分母中 相對較小相對較小值在值在0.120.20范圍內(nèi)范圍內(nèi),mmsrrsrfTpUm2211max21114*通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動機轉(zhuǎn)矩的方法。通過銘牌數(shù)據(jù)求取電動機轉(zhuǎn)矩的方法。轉(zhuǎn)矩的實用計算公式轉(zhuǎn)矩的實用計算公式NmmNNmssssTT21max12mmNmssssssTTmm2max2由由求出求出已知已知T2可求出可求出s由由已知已知s

7、可求出可求出T2線性時2maxmax222TTssssTTsssmmmNNmTTmax負載特性負載特性Tz=f(n)1 、恒轉(zhuǎn)矩負載、恒轉(zhuǎn)矩負載1 ) 位能性負載位能性負載 TZ的大小和方向與轉(zhuǎn)速的大小和方向與轉(zhuǎn)速無關無關2 ) 反抗性負載反抗性負載(磨擦磨擦) TZ的大小與轉(zhuǎn)速的大小與轉(zhuǎn)速無關無關,方向始終與方向始終與Tz相反相反2 、風機、水泵類負載、風機、水泵類負載3 、恒功率、恒功率 負載負載31310220nknkpPzknknkTzTemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnKdtdJTTZem負載特性負載特性Tz=f(n)TemS,nSmTmaxTstS=0S=1dtdnK

8、dtdJTTZem轉(zhuǎn)矩平衡點轉(zhuǎn)矩平衡點0ZemTT穩(wěn)定運行點：穩(wěn)定運行點：受到擾動后受到擾動后TTzTZ應能達到新的平衡點，應能達到新的平衡點，擾動消除后，擾動消除后，應能回到原平衡點運行應能回到原平衡點運行0T圖中白點不穩(wěn)定圖中白點不穩(wěn)定對于恒轉(zhuǎn)矩負載，對于恒轉(zhuǎn)矩負載，區(qū)域為非穩(wěn)定區(qū)域區(qū)域為非穩(wěn)定區(qū)域1 ssmsm又稱為臨界轉(zhuǎn)差率又稱為臨界轉(zhuǎn)差率固有機械特性固有機械特性當定子的對稱三相繞組當定子的對稱三相繞組按規(guī)定的接線方式，按規(guī)定的接線方式，Y或三角形；或三角形；定子不經(jīng)任何阻抗直接加額定電壓、額定頻率的三定子不經(jīng)任何阻抗直接加額定電壓、額定頻率的三相電壓；相電壓；轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗，直

9、接短路。轉(zhuǎn)子回路不串任何阻抗，直接短路。這種情況下得到的這種情況下得到的nfTem），）， 稱為固有機械特性。稱為固有機械特性。人為機械特性人為機械特性人為地改變電動機地任一個參數(shù)如人為地改變電動機地任一個參數(shù)如U1、f1、p、定子回、定子回路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗的機械特性稱為人為路電阻或電抗、轉(zhuǎn)子回路電阻或電抗的機械特性稱為人為機械特性。機械特性。 降低定子端電壓的人為特性；降低定子端電壓的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變轉(zhuǎn)子回路的電阻的人為特性；改變定、轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變定、轉(zhuǎn)子回路電抗的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變極數(shù)后的人為特性；改變輸入頻率的人

10、為特性；改變輸入頻率的人為特性；從等效電路求出起動電流：從等效電路求出起動電流：22122112)()(xxrrUIIst起動轉(zhuǎn)矩，即起動瞬間電動機的電磁轉(zhuǎn)矩起動轉(zhuǎn)矩，即起動瞬間電動機的電磁轉(zhuǎn)矩22122122111)()(1xxrrrUmTst第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速NststTTk一，起動一，起動直接起動直接起動 大電機起動電流很大，會沖擊電網(wǎng)大電機起動電流很大，會沖擊電網(wǎng)降壓起動降壓起動增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動二，降壓起動二，降壓起動第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速用自耦變壓器起動用自耦變壓器起動Ist2U1Ist1U2stastaTkT2121astst

11、kIIastststkIIUUI122第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速 起動起動ststYTT2)3(1正常運行時定子繞組接成三角形的電動機，正常運行時定子繞組接成三角形的電動機，在起動時換接成星形，起動完畢后再恢復換接成三角形。在起動時換接成星形，起動完畢后再恢復換接成三角形。三角形聯(lián)接時，三角形聯(lián)接時， KNstzUI13星形聯(lián)接時，定子繞組每相電壓為星形聯(lián)接時，定子繞組每相電壓為31NU stKNstYIzUI3131起動轉(zhuǎn)矩與相電壓的平方成正比。起動轉(zhuǎn)矩與相電壓的平方成正比。 第十二章起動和調(diào)速3，應用電力電子技術軟起動，應用電力電子技術軟起動 M第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)

12、速 三、增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動三、增加轉(zhuǎn)子回路電阻起動1、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動、轉(zhuǎn)子回路串電阻起動 這種起動方法常應用于既要有較大的起動轉(zhuǎn)矩、這種起動方法常應用于既要有較大的起動轉(zhuǎn)矩、又要限制起動電流的場合。又要限制起動電流的場合。22122112)()(xxrrUIIst22122122111)()(1xxrrrUmTst 3 2 13stT3stT3ms1ms2ms3ms1stT2stT3stT2str321stststrrr第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速 、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子深槽式異步電機的轉(zhuǎn)子槽形深而窄，其槽深與槽寬之比大到深槽式異步電機的轉(zhuǎn)子槽形深而窄，其槽深與

13、槽寬之比大到1020或以上或以上 越靠近槽底的小導體具有越大的漏電抗，越靠近槽底的小導體具有越大的漏電抗， 漏電抗越大，則電流越小漏電抗越大，則電流越小 導條中靠近槽底處的電流密度將很小，而越近槽口則越大。導條中靠近槽底處的電流密度將很小，而越近槽口則越大。 稱為電流的集膚效應。由于電流好像被擠到槽口處，又稱擠流效應。稱為電流的集膚效應。由于電流好像被擠到槽口處，又稱擠流效應。 起動完成后起動完成后,電動機正常運行，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低一般為電動機正常運行，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低一般為13HZ），）， 漏電抗減小漏電抗減小,集膚效應應基本消失，集膚效應應基本消失，轉(zhuǎn)子電阻會自動變小，從而滿足了減

14、小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機效率的要求。轉(zhuǎn)子電阻會自動變小，從而滿足了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機效率的要求。擠流效應效果：轉(zhuǎn)子電阻增加、槽漏抗減小擠流效應效果：轉(zhuǎn)子電阻增加、槽漏抗減小第十二章起動和調(diào)速第十二章起動和調(diào)速 、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子、用深槽式和雙籠轉(zhuǎn)子電動機正常運行時，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低一般為電動機正常運行時，由于轉(zhuǎn)子電流頻率得低一般為13HZ），）， 集膚效應應基本消失，轉(zhuǎn)子電阻會自動變小，集膚效應應基本消失，轉(zhuǎn)子電阻會自動變小， 從而滿足了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機效率的要求。從而滿足了減小轉(zhuǎn)子銅耗以提高電機效率的要求。雙籠異步電動機的特點是轉(zhuǎn)子上有兩套籠雙籠異步電動機的特點是轉(zhuǎn)子上有兩套籠,

15、即上籠和下籠即上籠和下籠 ，上籠導條截面較小，通常用黃銅或鋁青銅等上籠導條截面較小，通常用黃銅或鋁青銅等電阻系數(shù)較大的材料制成，故電阻較大；電阻系數(shù)較大的材料制成，故電阻較大；下籠導條截面較大，用電阻系數(shù)較小的紫銅下籠導條截面較大，用電阻系數(shù)較小的紫銅制成，故電阻較小。制成，故電阻較小。 上籠上籠下籠下籠三相感應電動機的調(diào)速三相感應電動機的調(diào)速 要求電動機具有幾種轉(zhuǎn)速；要求電動機具有幾種轉(zhuǎn)速； 在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；在一定的范圍內(nèi)可以連續(xù)調(diào)速；調(diào)速的方法：調(diào)速的方法：)1 ()1 (1601snsnpf（1） 改變定子繞組的極對數(shù)改變定子繞組的極對數(shù)p有級調(diào)速）；有級調(diào)速）；（2改變電源

16、的頻率改變電源的頻率f1；（3改變電動機的轉(zhuǎn)差率；改變電動機的轉(zhuǎn)差率； 改變定子繞組的端電壓；改變定子繞組的端電壓； 改變定子繞組的外加電阻或電抗；改變定子繞組的外加電阻或電抗； 轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；（繞線式轉(zhuǎn)子）轉(zhuǎn)子回路加電阻或電抗；（繞線式轉(zhuǎn)子）變極調(diào)速變極調(diào)速單繞組雙速電機：一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩單繞組雙速電機：一套定子繞組具備兩種極對數(shù)而得到兩個不同同步轉(zhuǎn)速；個不同同步轉(zhuǎn)速；三速或四速電機：三速或四速電機： 定子內(nèi)放兩套獨立的繞組；定子內(nèi)放兩套獨立的繞組；A1X1A2X2A1X1A2X2A1X1A2X2單繞組雙速電機原理：單繞組雙速電機原理： A1X1和和A2X2串聯(lián)形成

17、四極磁場；串聯(lián)形成四極磁場； A1X1和和A2X2串聯(lián)，串聯(lián)， A2X2反向，反向， 形成兩極磁場形成兩極磁場改變定子電壓改變定子電壓TemS, nSmTmax TstUIUTUsUTststm22max無關與調(diào)速性能不好調(diào)速性能不好,常用作降壓起動常用作降壓起動改變轉(zhuǎn)子電阻改變轉(zhuǎn)子電阻ststmITrTrsr無關與2max22,TemS, nSmTmax TstSm2Sm1調(diào)速性能較好調(diào)速性能較好,但籠形轉(zhuǎn)子不能實施但籠形轉(zhuǎn)子不能實施風機類負載風機類負載,r2, s, n , Tem =Tz Pem=Tem*1 , P1 ,I1 22122112211)(2xxsrrfsrpUmTem改變轉(zhuǎn)

18、子電阻改變轉(zhuǎn)子電阻TemS, nSmTmax TstSm2Sm122122112211)(2xxsrrfsrpUmTem常常1*emememTP，T、常srsrr22nsrrrs,22srImPem22212 I不變不變 不變不變 111122cos,cosPIEE不變不變 1222,*PPTP)(22222rrImpcu轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降部分的功率，消耗在串入電阻轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速下降部分的功率，消耗在串入電阻r上上 rIm222對于恒轉(zhuǎn)矩負載，對于恒轉(zhuǎn)矩負載，Tz=常常由由改變定子電壓頻率向下變頻調(diào)速）改變定子電壓頻率向下變頻調(diào)速）)(平移mmnn通過改變異步電動機輸入電壓的頻率通過改變異步電動機輸入電壓的頻率1f，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速，以改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的同步速1n， mNkNfE111144. 4常111111ffUUEE常2121221121112